Спосіб регенерації іонообмінних фільтрів

1. Спосіб регенерації Іонообмінних фільтрів, що включає розпушування і пропускання двох ос танніх третин відпрацьованого розчину солі від по передньої регенерації, а по тім свіжого розчин у зі зменшеними ви тра тами солі , який ві дрізняється тим, що відпрацьований розчин від попередньої регенерації першого ступеня змішують з відпрацьованим розчином другого ступеня і подають на фільтр першого ступеня упродовж 30-50% часу від початку регенерації' з наступною подачею свіжого регенераційного розчину до 100% часу. 2 Сп осіб по п 1 , як ий ві дрізн яєть ся тим , що відбір відпрацьованого регенераційного розчину першого ступеня для повторного використання по чинають через 5-10 хв після до сягнення у ньому максимального значення концентрації со лей ви лучених ІОНІВ та при вмісті не менше 3,5 % мас. ре генераційного реагенту, і закінчують у момент ча су, коли концентрація розчину по регенераційному реагенту зменшується до значень, не менше 3,5 % мас 3 С посіб по п 1 , який відрізн яється тим , що відбір відпрацьованого розчину наступного сту пеня починають та закінчують при досягненні зна чення концентрації регенераційного реагенту, не менше 3.5% мас CM О Винахід належить до способів регенерації іонообмінних фільтрів при пом'ягшенні або знесоленні води і може бути використаний в енергетиці, металургії, хімічній ПООМИСЛОРОСТІ та Інше. Винахід спрямований на захист довкілля ВІД викидів іонообмінних водопідготувальних установок та скорочення потреби у регенераційних реагентах Знаний спосіб регенерації іонообмінних фільтрів з використанням відпрацьованих регенераційних розчинів попередніх регенерацій [1] Недолік відомого спосо бу поляга є у том у, що використання об'єму відпрацьованого розчину вдвічі більшого ніж об'єм свіжого, не дає потрібної глибини відновлення іонообмінної ємності Відбір такого об'єму відпрацьованого розчину не забезпечує його задовільної якості і не дає економії реагентів та скорочення викидів Знаний також спосіб регенерації аніонітових та катіонітових фільтрі в установки знесолення стічних вод, в якому через фільтри пропускають спочатку відпрацьований регенераційний розчин, потім розчини лугу та кислоти відпо відно . При цьому відпрацьований регенераційний розчин фільтрів попередньої регенерації пропускають у КІЛЬКОСТІ , яка забезпечує відновлення 20-80% робочої обмінної ємності гонітів 12]. У знаному способі відсутні критерії' по відбору відпрацьованих розчинів на повторне використання, що не дає змоги одержати розчини задовільно ї якості та ві днови ти робочу ємність фі льтр у у по вній мірі. Крім то го , у зв'язк у з відсутністю приладів та методик для оцінки ступеню відновпеиня робочої обмінної ємності іонітів, промислове впровадження вказаного способу неможливе. Найближчим до заявлюваного є спосіб регенерації, по якому після розпушування на фільтр подається відпрацьований розчин від попередньої регенерації, а за тим свіжий розчин у зменшених витрата х. При цьому на повторне використання відбирають останні дві третини регенераційного розчину [3] Недоліками прототипу є: • при відборі останніх дво х третин регенераційного розчину на повторне використання не забезпечується його якість по такому параметру, як вміст регенераційного реагенту; ВІДПОВІДНИХ CM ( О C M со 5Г 32628 • відсутній критерій розділу між відпрацьова ним розчином та відмивною водою на виході іонообмінного фільтру що утр уднює промислове використання вказаного способу • не використо вується ві дпрацьований ре генераційний розчин наступни х (др уги х) ступенів катіонування В основу винаходу поставлено задачу розробити спосіб регенерації іонообмінного фільтру з такими параметрами процесу регенерації, щоб можна було досягти мінімальних витрат регенераційного реагенту та знизити викиди мінеральних солей до навколишнього середовища і, в той же час, спосіб повинен бути простим та надійним при його впровадженні в промисловість Поставлена задача вирі шується у такий спосіб регенерації іонообмінного фільтру в якому після розпушування завантаження на фільтр подається спочатку відпрацьований розчин від попередньої регенерації, а потім свіжий розчин у зменшених витратах з наступними технологічними відмінами • на повторне використання відбирають відпрацьовані регенераційні розчини як відповід ни х (пер ши х), так і на ступни х (др уги х) ступен ів катіонування в одну місткість, де їх змішують, • відпрацьовані регенераційні розчини, яки ми є суміш відпрацьованих розчинів відповідних та наступни х ступенів, використо вують для ре гене рації філь трів пер шого ступ еня у пер ші 30 -50 % часу від початк у регенерації з наступною подачею свіжого регенераційного розчину до 100 % часу Додаткові ВІДМІНИ знаного способу від заявлюваного • відбір відпрацьованого регенераційного розчину фільтрів першого ступеня на повторне ви користання починають через 5-10 хв після досяг нення максимального значення концентрації солей вилучаємих юнів у регенераційному розчині на ви ході з фільтру та закінчують на момент часу, коли концентрація йо го по ре генераційном у реа генту станови ть так у, що була на по чатк у ві дбор у, але не менше ніж 3,5 % мас • відбір відпрацьованих розчинів наступни х ступенів починають та закінчують при досягненні концентрації розчину по регенераційному реагенту рівній значенням, при яких здійснюється відбір для фільтрів першого ступеня, але не менше ніж 3,5 % мас У такий спосіб регенерації досягають загальну економік) регенераційного реагенту на водопщготувальній установці в цілому у розмірі 2335% від річної потреби (за умови, що на фільтрах наступних ступенів відпрацьовані розчини не використовуються) Крім цього, на 23-35% скорочуються викиди до навколишнього середовища мінеральних солей Якісний та КІЛЬКІСНИЙ склад відпрацьованих розчині в фі льтр ів пер шо го ступеня з начно змінюється від регенерації до регенерації, що знижує е фективність їх повторного використання Якість відпрацьованого розчину другого ступеня висока, але й ого кількості н едо ста тньо для суттєвого впливу на збереження регенераційних реагентів Для усунення цієї негативної ознаки, відпрацьовані розчини фільтрів першого та друго го ступені в збира ють у одн у ємні сть, де п ро ходить їх усереднення та змішання Це, по-перше, збільшує загальну КІЛЬКІС ТЬ відпрацьованого розчину, а, по-др уге, суттєво підви щує якість суміші цих розчинів Інтегральним показником процесу катіонування є тривалість фільтроциклу, тобто проміжок часу між регенераціями Використання відпрацьованого регенераційного розчину не повинио зменшува ти цей показник А це можливо тільки тоді, якщо використовувати відпрацьований розчин з підвищеним вмістом вилучених іонів жорсткості на початку регенерації, бо саме на початку регенерації катюніт максимально насичений вилученими з опрацьованої води іонами жорсткості і тому він не такий чуйний до якості регенераційного розчину і використання відпрацьованого розчину саме в цей ча с є найбі льш е фекти вним Однак після використання ві дпрацьованого регене раційного розчину, обов язково треба подавати на фільтр свіжий розчин регенераційного реагенту з метою досягнення необхідної якості відновлення іонообмінної здатності катюніту Залежність тривалості фільтроциклу від концентрацГі регенераційного реагенту у відпрацьованому розчині приведена в табл 1 За даними таблиці 1, фільтроцикли не зменшуються якщо концентрація регенераційного реагенту у відпрацьованому розчині не нижче 3,5 % мас Ця величина приймається як мінімально достатня для критерію відбору відпрацьованих розчинів по концентрації регенераційного реагенту На величину фільтроциклу впливає також співвідношення періодів подавання відпрацьован о го іа свіжо го ре гене ра цій ни х р оз чи ні в на фільтри першого ступеня Найбільш раціональне співвідношення періодів подавання відпрацьованого та свіжого регенераційних розчинів на фільтри першого ступеня підтверджене результатами таблиці 2 За даними табл 2 використання відпрацьованого регенераційного розчину з концентрацією не менше 3,5 % мас на протязі менше ніж ЗО % часу недоцільно, тому що витрати на впровадження знаходяться на рівні прибутку, який мож-. на одержати від економи регенераційного реагенту верхня границя періоду подачі відпрацьованого розчину знаходиться на рівні 50 % часу Використання відпрацьованого регенераційного розчину на протязі більшо го проміжку витикає швидке скорочення фільтроциклу, що не бажано Таким чином, використовува ти відпрацьований розчин доцільно протягом ЗО - 50 % часу за тим до 100 % часу подають свіжий розчин регенераційного реагенту Критерієм якості відпрацьованого регенераційного розчину, разом з концентрацією регенераційного реагенту, є відношення значень концен траці ї (наприкла д NaC I) до зна чень кон центрації продукті в заміщення, які утворюються при катіонуванні (наприклад суміш солей жорсткості із загальною формулою (Са+Мд)СІг) Це співвідношення в порції відпрацьованого розчину, яку відбирають на повторне використання, повинно бути максимально можливим Виходячи з цього , для о держання відпра цьовано го ре гене раційного розчин у задові льної якості, його ві дбір 32628 починають після досягнення максимуму по кривій солей жорсткості (фіг 1 , крива 2), але раніше досягнення максимуму на кривій регенераційного реагенту (фіг 1, крива 1). В таблиці 3 показані результати, які обґрунтовують вибір часу початку відбор у відпрацьованого регенераційного розчину на повторне використання для фільтрів першого ступеня. За даними таблиці 3, найви щу якість відпрацьовані регенераційні розчини мають у тому разі, коли -їх відбір на повторне використання починають на 35 - 40 хвилинах від початк у регенерації, що відповідає 5 - 1 0 хвилинам по досягненні максимуму на кривій продуктів заміщення. Якщо починати відбір раніше вказаного вище часу, наприклад з 30-f хвилини, то суттєво зменшується як концентрація розчину (3.3 %, що менше ніж 3,5 %), так І відношення концентрації до продуктів заміщення (менше ніж 3,25). При відборі у біль ш пізній час, наприклад, з 45-ї хв, концентрація розчину лишається задовільною (4,7 %), але відношення ґі до продуктів заміщення на низькому рівні (3,5). Таким чином, оптимальним часом початку відбору відпрацьованого регенераційного розчину фільтрів першого ступеня на повторне використання є проміжок часу з 5-і по 10-ту хвилини по досягненні максимальних значень концентрації продуктів заміщення у відпрацьованому розчині на виході з фільтр у. Оптимальний час тривалості відбор у відпрацьованого розчину визначається балансом об'ємів відібраних та використаних розчинів. При використанні відпрацьованих розчинів на протязі 50% часу (макс значення), час відбор у повинен бути на рівні 20-25 хвилин. Згідно з кресленням на фіг.1, при відборі розчину на протязі 25 хв, значення концентрації регенераційного реагенту у ньому з задовільною точністю рівне концентрації, яка була в момент початку відбору. Том у моментом закінчення відбору відпрацьованого розчину приймається час, коли концентрація розчину зменшується до значень, які були на початку відбору. Останнє твердження ілюструється даними таблиці 4, в котрій показано змінення якості відпрацьованого розчину у залежності від тривалості часу відбору. У всьому діапазоні заявлюваного періоду використання відпрацьованого регенераційного розчину, а саме 30-50 % часу, розчин має задовільну якість як по значенням концентраці ї ре генераційного реагенту, так І по значенням відношення цієї концентра ції до концен тра ції продук ті в заміщення. Подальше збільшення часу відбору, в зв'язку з різким зниженням концентрації розчину (фіг. 1), погіршує якість розчину. При відборі відпрацьованого розчину на протязі 35 хв, що відповідає умовам прототипу, якість розчину знижується менше мінімально достатньої по значенням конце н траці ї р е генер ацій но го реа ге н ту (табл.1). Відпрацьований регенераційний розчин фільтрів наступних ступенів на повторне використання відбирають лише по одному критерію, а саме - по вмісту у ни х регенераційно го реаген ту (фіг.2). Очевидно, щоб відбирати розчин на повторне використання протягом максимально можливого часу, цей критерій повинен бути мінімально можливим А таким є рівень вмісту регенераційного реаген ту, по якому відбувається відбір відпрацьованих розчинів для фільтрів першо го ступеня (фіг 1, табл.1). Належність такого, загального для фільтрів як першого, так І наступни х ступенів, критерію суттєво спрощує промислову реалізацію способу. Регенерація фільтрів другого ступеня відбувається в 10-15 разів рідше, ніж фільтрів першого. Тому, незважаючи на високу якість відпрацьованих розчинів наступних ступенів їх кількості недостатньо для суттєвого впливу на збереження регенераційних реагентів. Однак змішання їх з відпрацьованими розчинами першого ступеня, поперше, збільшує загальну кількість відпрацьованого розчину, та по-др уге суттєво підви щує загальну якість суміші цих розчинів по критерію відношення концентрації регенераційного реагенту до продуктів заміщення. Таким чином, кожна нова відміна пропонуємого способу, а також сукупність його зі знаним способом, забезпечує рішення, поставленої задачі і не випливає наявним чином із результатів та висновків наукових досліджень, доступних для ознайомлення. Перелік фігур та креслень. Технічна сутність пропонуємого способу регенерації іонообмінних фільтрів пояснюється кресленнями' Фіг.1 - алгоритм відбору відпрацьованих регенераційних розчинів перших ступенів на прикладі усереднених кінетичних кривих регенерації. Фіг 2 - алгоритм відбору відпрацьованих регенераційних розчинів фільтрів наступних (други х) ступенів Спосіб працює наступним чином: На початку регенерації до фільтру подають відпрацьований розчин від попередні х ре генерацій, а потім свіжий розчин регенераційного реагенту у кількостях, зменшених по відношенню до регенерації без відпрацьованих розчинів. Перед використанням відпрацьовані розчини накопичують у ємності, яка для них розрахована. На повторне використання ві дбирають відпрацьовані розчини як перших, так і наступних (наприклад др уги х) ступені в катіон ування при умові, що їх концентрація по регенераційному реагенту не повинна бути менше, ніж 3,5 % мас. Крім того, відпрацьовані розчини першого ступеня починають відбирати на повторне використання через 5-10 хв. по досягненню у ньому максимальних значень вмісту вилучаємих з оброблюваної води іонів. Відібрані таким чином та змішані у одній ємності розчини подають до фільтрів першого ступеня на початку регенерації на протязі 30-50% часу, а потім до 100% часу подають свіжий розчин регенераційного реагенту. При впровадженні способу на конкретній водопідготувальній установці , проводять хімікоаналітичні дослідження діючих на цій установці режимів регенерації іонообмінних фільтрів перших та наступних ступенів. По результа там досліджень будують графіки середніх кінетичних кривих регенерацій, які показані на фіг. 1,2. По графікам регенерації фільтрів першого ступеня (фіг.1) визначають початок відбору 32628 відпрацьованого регенераційного розчину за умов, описаних ви ще Проводячи пряму, паралельну осі X по рівню вмісту регенераційного реагенту в момент початку відбору розчину (точка А), фіксують момен т закі нчення ві дбор у (точка Б) На це й рівень налагоджують систему автоматичного регулювання процесу відбору Відпрацьований розчин фільтрів други х (та наступних) ступенів відбирають на повторне використання відносно рівня вмісту у ньому регенераційного реагенту, який визначений раніше для фільтрів першого ступеня (фіг 2) Відібрані відпрацьовані розчини направляють у ємність відпрацьованих розчинів, де (х усереднюють та змішують Приклади конкретного виконання заявлюваного способу Заявлюваний спосіб регенерацГі юнооб-міиних фільтрів реалізований в промислових умовах на хімводопщготувальних установках №6. ТЕЦ-2 та №5 цеху водопостачання ВАТ «Маріупольський металургійний комбінат їм Ілліча» Спочатку регенерацію фільтрів першого ступеня було проведено за умовами, викладеними у прототипі На повторне використання відбирали дві третини відпрацьованого розчину фільтрів першого ступеня Якість ЙОГО була такою • концентрація регенераційного компоненту (у нашому випадку - NaCI) була рівна 2,7% мас. СПІВВІДНОШеННЯ tMg СТЭНОВИЛО біля 3.3, Використання такого розчину практично не викликало ефекту регенерації в зв'язку з низьким вмістом регенераційного реагенту та високим - вилучаєми х І ОНІ В жорсткості Пода ча йо го у пер ші ЗО % часу (на протязі 15 хв) з поспідуючою регенерацією свіжим розчином на протязі останніх 70 %, викликала зниження фільтроциклу фільтр у першого ступеня на 28% На прикладі ХВП №6 ТЕЦ-2 заявляємий спосіб був реалізований таким чином На основі проведених попередніх досліджень будують кінетичні криві регенерації фільтрів як першого, так і другого ступенів (фіг 1,2) По цим даним визначають час початку відбору для фільтрів першого ступеня на рівні 5-Ю хв по досягненню максимуму на кривій змінення вмісту у регенераційному розчині продуктів заміщення (ф>г 1. крива 2) У вказаних рамках, конкретний час поча тк у відбору беруть таким чином, щоби концентрація регенераційного реагенту (фіг1, крива 1) у цей момент не була менше 3,5 % мас Починаючи з цього моменту, проводять відбір відпрацьованого регенераційного розчину на повторне використання у призначену для цьото ємність Рівень концентрації регенераційного реагенту контролює система автоматичного регулювання Відбір продовжують до моменту часу, коли концентрація досягне такого рівня, який був на момент включення системи (фіг 1) Відбір на повторне використання відпрацьованих розчинів фільтрів других ступенів починають та закінчують при досягненні (зменшенні) концентрації розчину по регенераційному реагенту до значень, при яких проводять відбір розчинів фільтрів перши х ступенів Як і для фільтрів перши х ступенів, рівень концентрації контролюють системою автоматичного регулювання Якщо до ємності, в якій був відпрацьований розчин з концентрацією 5 1 % мас та співвідношенням концентрація/продукти заміщення - 5 7, добавляють порцію відпрацьованого розчину друго го ступеня, то це викликає збільшення концентрації до 5,8 % мас , а співвідношення змінюється на 6 5 Середній рівень концентрації суміші відпрацьованих розчинів стано вив бі ля 5,3 % мас при співвідношенні концентрація/продукти заміщення на рівні 5,4 - 6,8 Суміш відпрацьованих розчинів подають на фільтри першого ступеня на протязі перших 50% часу, а потім до 100 % часу подають свіжий регенераційний розчин На протязі більше ніж 500 фільтроциклів фільтрів першого ступеня їх зменшення не було зафіксовано Нижче наведено приклади конкретного виконання способу при різних значеннях параметрів Приклад 1 Відбір розчину першого ступеня починають в момент досягнення максимуму на кривій продуктів заміщення (за 5 хв до рекомендованого діапазону) Використання цього розчину на протязі 30% часу подачі регенераційного реагенту привело до зменшення фільтроциклу на 8%, а на" протязі 40% часу * на 18% Приклад 2 На повторне використання розчин починають ві дбирати через 5 хв по дося гненню вище вказаного максимуму (це нижня границя заявляемого діапазону) Використання цього розчину на протязі ЗО та 40 % часу не змінило значення фільтроциклів, а при використанні на протязі 50 - знизило фільтроцикл на 2 %, що допустимо Регенерація з подачею цього відпрацьованого розчину на протязі 55% часу зменшувала фільтроцикл на 6 % Приклад 3 Відбір розчину починають через 7 хв по досягненню максимуму (це середина рекомендованого діапазону) Використання його на протязі ЗО, 40 та 50 % часу не впливало на протяжність фільтроциклу Збільшення часу використання до 55 та 60 % викликало зменшення фільтроциклу на 5 та 14 % ВІДПОВІДНО Приклад 4 Відбір починають через 10 хв по максимуму на кривій продуктів заміщення (цей час співпадає з верхньою границею заявляемого діапазону) Регенерація з використанням цього розчину на протязі 30 та 40 % часу не впливала на фільтроцикли 50-вщсоткове використання зменшувало фільтроцикл лише на 1% а 55-відсоткове вже на 9% Приклад 5. Відбір починають через 12 хв по досягненню максимуму (через дві хвилини по закінченню рекомендованого діапазону) Використання вщпрацьованого розчину на протязі 30% часу зменшувало фільтроцикл на 4 %, а на протязі 40 - на 9 Наведені приклади підтверджують правильність вибору заявляємих діапазонів відбору та використання відпрацьованих регенераційних розчинів фільтрів перших ступенів У промислових умовах використання відпрацьованих регенераційних розчинів викликає економію регенераційного розчину для фільтрів першого ступеня у 50%, а для водопдготувапьної установки в цілому (на фільтрах др угого ступеня відпрацьовані розчини не використовують) - 32% 32628 На цю ж величину, згідно з технологічними особлиДля умов ХВП-6 та ХВП-5 економія регеневостями режиму катіонування, які відмічались раційних реагентів досягає 10000 т/р, що у гро шовому раніше, зменшуються і викиди мінеральних ре- еквіваленті становить біля 250 тис грн/рік. Зниження човин у навколишнє середовище. викидів хлоридів (у перерахунку на СГ іон) у Техніко-економічні показники способу. навколишнє середовище - біля 6000 т/рік. Заявлюваний спосіб відпрацьовується у промислових умовах на ХВП-6 ТЕЦ-2 та ХВП-5 це ху Джерела інформації, використані при складанні водопостачання ВАТ "Ме талургійний комбінат ім опису винаходу Ілліча", м Маріуполь та ведеться монтаж обладнання і підгото вка до впро вадження на ХВП-4 1. Автор ське свідоцтво СРСР N8700161. М.Кл 2. ТЕЦ-1 цього ж підприємства Впровадження дасть В0Ю 15/06, С02В t/76, 1979р., Бюл, №44, змогу знизити потребу у регенераційних реагентах 2 Авторс на 23-35 % по водопідготувальним установкам в ьке свідоцтво цілому Екологічний ефект винаходу полягає у СРСР зменшенні на 23-35 % викидів хлоридів у навкоN9850599, лишнє середовище М Кл 3 С02Р 1/42. 1981р., Бюп. №2В. 3 Н А Ме щерский и др . Эксплуатация во доподго товок в ме таллур гии . М. «Ме таллур гия», 1988, с 399.(прототип). Таблиця 1 Концентрацій регенераційного ФІльтроцикл, % по відношенню до реагенту у відпрацьованому роз- середнього без відпрацьованих чині (наприклад NaCI), розчинів %мас. 2,0 2, 5 60 * *~' * ;' "- Г ' • 7 7 . 3,0 вз 3,5 -.:/-> 9 8 4,0 100 4. 5 ' too * ' їй 100 Таблиця 2 Подача відпрацьованого розчину, % Подача свіжого розчину, % ФІльтроцикл, % 0 100 100 100 ЗО* 70 65 60 50 45 40 36 40 50 5S 60 100 100 98 90 67 *- нижня фаниця визначається економгчною доцільністю використання методу. Таблиця З Час початку відбору, хв. {відлік часу ведеться з початку регенерації) CN *CI ,% мас. 25 ЗО (макс, по (Са+Мд)СІг) 35 40 2,3 3,3 45 50 (макс по NaCI) 55 5,9 6,0 4,7 3,3 1,8 1,58 3,25 5,85 5,27 3,50 3,86 3,12 * - Смасі та С(са+мд)сі г - середні концентрації відповідно NaCI та (Ca+Mg)Cl2 у порції відібраного відпрацьованого розчину 32628 Таблиця 4 См.сі, % мас. Тривалість відбору розчину на повторне використання, ха. 15і 19 6.0 5,9 5,7 5,6 4,7 2,9 20 ЗО 35 (прототип) 5,42 6,03 6,12 6,10 4,92 3,41 *- відповідає 30 % загального часу подачі регенераційного розчину на фільтр першого ступеня. "* - відповідає 50 % загального часу подачі регенераційного розчину на фільтр першого ступеня NaCl г/л {Ca+Mg)Cfe r/n| 10 90 Початок відбору. відбір розчину 70 ао 100 Час, хв Кінець відбору Фіг. 1 '(Са+Мд)СІ2 г/л •Nad г/л 20 40 60 Відбір розчину \. Початок відбору Юнеиь відбору Фіг. 2 Тираж 50 екз Відкрите акціонерне товариство «Патент» Україна, 88000, м Ужгород, вул Гагаріна, 101 (03122 )3-72 -89 (0312 2)2-5 7-03